DE102012008745B4

DE102012008745B4 - measuring device

Info

Publication number: DE102012008745B4
Application number: DE102012008745.4A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schnier
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2032-05-05
Also published as: DE102012008745A1; US9678436B2; US20130293962A1

Abstract

Messvorrichtung (10; 110) zum Messen einer Positionsänderung eines Messobjekts (512; 562; 566) in Bezug auf ein Referenzobjekt (514; 568) mit einem Anstrahlmodul (30; 130; 330), welches lichtleitend ist, als zusammenhängender Körper gestaltet ist und eine im Inneren des Anstrahlmoduls angeordnete strahlteilende Fläche (38; 138) zur Aufspaltung eines eingehenden Messstrahls (22; 322) in zwei Teilstrahlen (24, 26; 124; 126), ein optisches Beugungsgitter (40; 140a; 140b) zur Wechselwirkung mit einem ersten (24; 124) der beiden Teilstrahlen, sowie eine Reflexionsfläche (44; 144a, 144b) zur Reflexion des zweiten Teilstrahls (26; 126) umfasst, wobei die Messvorrichtung weiterhin eine Strahlerzeugungseinrichtung (12) zum Erzeugen des Messstrahls (22) aufweist, wobei die Strahlerzeugungseinrichtung (12) in Bezug auf das Anstrahlmodul (30; 130; 330) beweglich angeordnet ist, derart dass das Anstrahlmodul (30; 130; 330) in zumindest einer Raumrichtung quer zum Messstrahl (22) verschoben werden kann, und wobei die Messvorrichtung (10; 110) dazu konfiguriert ist, eine Positionsänderung des Anstrahlmoduls (30; 130; 330) in der zumindest einen Raumrichtung in Bezug auf die Strahlerzeugungseinrichtung zu ermitteln.A measuring device (10; 110) for measuring a change in position of a measuring object (512; 562; 566) with respect to a reference object (514; 568) having a radiating module (30; 130; 330) which is light-conducting, designed as a coherent body and a beam-splitting surface (38, 138) arranged in the interior of the radiation module for splitting an incoming measuring beam (22, 322) into two partial beams (24, 26, 124, 126), an optical diffraction grating (40, 140a, 140b) for interaction with one first (24; 124) of the two partial beams, and a reflection surface (44; 144a, 144b) for reflecting the second partial beam (26; 126), wherein the measuring device further comprises a beam generating device (12) for generating the measuring beam (22), wherein the beam generating device (12) is movably arranged with respect to the lighting module (30; 130; 330) such that the lighting module (30; 130; 330) is displaced transversely to the measuring beam (22) in at least one spatial direction can, and wherein the measuring device (10; 110) is configured to determine a change in position of the irradiation module (30; 130; 330) in the at least one spatial direction with respect to the beam generating device.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, welche zum Messen einer Positionsänderung eines Messobjekts in zumindest einer Raumrichtung in Bezug auf ein Referenzobjekt durch Anstrahlen eines Anstrahlmoduls mit Messlicht konfiguriert ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Maskeninspektionseinrichtung und eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, jeweils mit einer derartigen Messvorrichtung.The invention relates to a measuring device which is configured to measure a change in position of a measurement object in at least one spatial direction with respect to a reference object by illuminating a radiation module with measurement light. Furthermore, the invention relates to a mask inspection device and a projection exposure apparatus for microlithography, each with such a measuring device.

Häufig werden Michelson-Interferometer zur Messung von Positionsänderungen eines Messobjekts gegenüber einem Referenzobjekt verwendet. Ein Beispiel eines derartigen, aus dem Stand der Technik bekannten Michelson-Interferometers in der Ausführung als homodynes Laserinterferometer ist in 12 dargestellt. Als Lichtquelle dient hierbei ein monochromatischer frequenz-stabilisierter Laser 612. Typischerweise wird am Messobjekt ein Spiegel, vorliegend in Gestalt eines Reflexionsprismas 620 befestigt, dessen Bewegung gegenüber einem feststehenden polarisierenden Strahlteiler 616 sowie einem feststehenden Referenzspiegel, vorliegend in Gestalt eines weiteren Reflexionsprismas, ermittelt wird.Frequently, Michelson interferometers are used to measure changes in the position of a DUT relative to a reference object. An example of such a prior art Michelson interferometer in homodyne laser interferometer design is shown in FIG 12 shown. The light source used here is a monochromatic frequency-stabilized laser 612 , Typically, the measuring object is a mirror, in the present case in the form of a reflection prism 620 fixed, its movement opposite a fixed polarizing beam splitter 616 and a fixed reference mirror, in the present case in the form of another reflection prism, is determined.

Ein weiteres Beispiel eines Interferometers mit einem zu dem Michelson-Aufbau ähnlichen Aufbau, ist aus der Druckschrift US 7 050 171 B1 bekannt. Anstelle eines Spiegels soll ein Reflektor mit einem treppenartigen Aufbau verwendet werden. Nach der US 7 050 171 B1 wird angestrebt, die Verwendung von beweglichen Teilen zu vermeiden.Another example of an interferometer with a structure similar to the Michelson structure is from the document US Pat. No. 7,050,171 B1 known. Instead of a mirror, a reflector with a staircase-like construction should be used. After US Pat. No. 7,050,171 B1 The aim is to avoid the use of moving parts.

Ein eingekapseltes Miniatur-Michelson-Interferometer als Bestandteil eines Spektrophotometers ist in der US 2008/0 198 388 A1 gezeigt und soll in räumlich beschränkten Umgebungen zum Einsatz kommen.An encapsulated miniature Michelson interferometer as part of a spectrophotometer is in the US 2008/0 198 388 A1 shown and is to be used in spatially limited environments.

Die Druckschrift DE 10 2006 037 529 A1 beschreibt ein Littrow-Interferometer.The publication DE 10 2006 037 529 A1 describes a Littrow interferometer.

Der Einsatz des Reflexionsprismas sowie des polarisierenden Strahlteilers hat gegenüber dem Einsatz von einfachen Endspiegeln als Reflektoren sowie dem Einsatz eines nicht polarisierenden Strahlteilers den Vorteil, dass der Einfluss zyklischer Fehler, z. B. Leistungsschwankungen und Auswirkungen von Verkippungen in den Reflektoren, reduziert werden kann, wie z. B. in dem Dokument von P. L. M. Heydemann, „Determination and correction of quadrature finge measurement errors in interferometers”, Applied Optics, Vol. 20, No. 19, October 1981, Seiten 3382–3384 beschrieben.The use of the reflection prism and the polarizing beam splitter has the advantage over the use of simple end mirrors as reflectors and the use of a non-polarizing beam splitter that the influence of cyclic errors, eg. B. power fluctuations and effects of tilting in the reflectors, can be reduced, such. In the document of P.L.M. Heydemann, "Determination and correction of quadrature error measurement in interferometers", Applied Optics, Vol. 19, October 1981, pages 3382-3384.

Eine weitere Verbesserung der Messergebnisse lässt sich durch das sogenannte heterodyne Messprinzip erreichen, bei dem der Ausgangsstrahl des Lasers aus zwei Komponenten mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen und leicht unterschiedlichen Frequenzen besteht. Dies ermöglicht eine besonders elegante Messung der Verschiebung des Messreflektors. Es entsteht ein Phasenunterschied zwischen Mess- und Referenzsignal, der proportional zur Verschiebung des Messreflektors ist.A further improvement of the measurement results can be achieved by the so-called heterodyne measurement principle, in which the output beam of the laser consists of two components with different polarization directions and slightly different frequencies. This allows a particularly elegant measurement of the displacement of the measuring reflector. The result is a phase difference between the measurement and reference signal, which is proportional to the displacement of the measuring reflector.

All diesen Aufbauten haftet das grundsätzliche Problem an, dass sich die optischen Weglängen in den Interferometerarmen nicht nur durch die Bewegung der optischen Komponenten ändern, sondern auch durch Änderungen des Brechungsindexes der Luft. Brechungsindexschwankungen können im Prinzip mit hoher Auflösung gemessen werden. In der Praxis ist es aber schwer möglich, diese Messungen genau an der Stelle der optischen Strahlen im Interferometer vorzunehmen. Dies wäre aber zu einer genauen Korrektur der entstehenden Messabweichungen notwendig.All these structures have the fundamental problem that the optical path lengths in the interferometer arms change not only by the movement of the optical components, but also by changes in the refractive index of the air. Refractive index fluctuations can in principle be measured with high resolution. In practice, however, it is difficult to make these measurements exactly at the location of the optical beams in the interferometer. However, this would be necessary for a precise correction of the resulting measurement deviations.

Zugrunde liegende AufgabeUnderlying task

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, womit die vorgenannten Probleme gelöst werden, und insbesondere eine hochgenaue Positionsmessung ermöglicht wird, deren Genauigkeit nicht durch Brechungsindexschwankungen in der Luft beeinträchtig wird.It is an object of the invention to provide a measuring device of the type mentioned, with which the aforementioned problems are solved, and in particular a highly accurate position measurement is made possible, whose accuracy is not affected by refractive index variations in the air.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Die vorgenannte Aufgabe kann erfindungsgemäß gelöst werden mit einer Messvorrichtung, gemäß Anspruch 1.The above object can be achieved according to the invention with a measuring device according to claim 1.

Mit anderen Worten wird eine Messvorrichtung bereitgestellt, wobei die Messvorrichtung Messlicht erzeugt, mit dem ein Anstrahlmodul im Messbetrieb angestrahlt wird. Das Anstrahlmodul ist als zusammenhängender Körper gestaltet und hinsichtlich des Messlichts lichtleitend. Ein derartiger zusammenhängender Körper im Sinne der Anmeldung kann beispielsweise mehrere Teilkörper umfassen, die entlang jeweiliger Seitenflächen miteinander in Kontakt stehen. Weiterhin kann ein zusammenhängender Körper auch aus einem einheitlichen Werkstück gestaltet sein.In other words, a measuring device is provided, wherein the measuring device generates measurement light with which a radiation module is irradiated in the measurement mode. The radiation module is designed as a coherent body and with respect to the measuring light light-conducting. Such a coherent body in the sense of the application may, for example, comprise a plurality of partial bodies, which are in contact with each other along respective side surfaces. Furthermore, a coherent body can also be designed from a uniform workpiece.

Im Inneren des Anstrahlmoduls befindet sich eine strahlteilende Fläche zur Aufspaltung des eingehenden Messstrahls in zwei Teilstrahlen. Weiterhin umfasst das Anstrahlmodul ein Beugungsgitter zur Wechselwirkung mit einem ersten der beiden Teilstrahlen. Ein derartiges Beugungsgitter kann beispielsweise an einer Außenfläche des Anstrahlmoduls angeordnet sein und dazu konfiguriert sein, den ersten Teilstrahl in Reflexion in einer Beugungsordnung auf die strahlteilende Fläche zurück zu werfen. Dabei kann das optische Beugungsgitter derart konfiguriert sein, dass der erste Teilstrahl in einer Richtung reflektiert wird, die vom Reflexionsgesetz abweicht, gemäß dem Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel ist. Ein derartiges optisches Beugungsgitter, welches dazu dient, den eingestrahlten ersten Teilstrahl in sich selbst zurück zu reflektieren, wird in der Fachwelt auch als Littrow-Gitter bezeichnet. Weiterhin weist das Anstrahlmodul mindestens eine Reflexionsfläche zur Reflexion des zweiten Teilstrahls auf. Diese Reflexionsfläche kann beispielsweise durch eine mit einer Reflexionsbeschichtung versehene Seitenfläche des Anstrahlmoduls gebildet werden.Inside the radiation module there is a beam-splitting surface for splitting the incoming measuring beam into two partial beams. Furthermore, the illumination module comprises a diffraction grating for interacting with a first of the two partial beams. Such a diffraction grating can, for example, on an outer surface of the Arranged radiation module and be configured to reflect the first partial beam in reflection in a diffraction order on the beam-splitting surface. In this case, the optical diffraction grating can be configured such that the first partial beam is reflected in a direction which deviates from the law of reflection, according to which the angle of incidence equals the angle of reflection. Such an optical diffraction grating, which serves to reflect the irradiated first partial beam back into itself, is also referred to in the art as a Littrow grating. Furthermore, the illumination module has at least one reflection surface for reflection of the second partial beam. This reflection surface can be formed for example by a provided with a reflection coating side surface of the radiation module.

Durch die Ausgestaltung des Anstrahlmoduls als lichtleitender zusammenhängender Körper kann der Strahlengang der Messstrahlung einschließlich der Teilstrahlen im Anstrahlmodul so gestaltet werden, dass das Messlicht durchgehend innerhalb des Anstrahlmoduls verläuft. Dabei kann der Strahlengang durchgehend durch festes lichtleitendes Material des Anstrahlmoduls verlaufen. Alternativ kann der Strahlengang auch teilweise durch Luftkammern innerhalb des Anstrahlmoduls verlaufen, welche vollständig vom Anstrahlmodul umschlossen sind, so dass sich in der darin enthaltenen Luft keine oder nur unwesentliche Brechungsindexfluktuationen bilden können. Aufgrund dieser Konfiguration des Anstrahlmoduls kommt die Messstrahlung mit Eintritt in das Anstrahlmodul nicht mehr mit Umgebungsluft in Kontakt. Damit wird der Einfluss von Brechungsindexschwankungen in der Umgebungsluft auf die Positionsmessung auf ein Minimum reduziert bzw. vollständig unterdrückt.Due to the configuration of the radiation module as a light-conducting contiguous body, the beam path of the measurement radiation including the partial beams in the radiation module can be designed such that the measurement light runs continuously within the radiation module. In this case, the beam path can be continuous through solid light-conducting material of the radiation module. Alternatively, the beam path can also run partially through air chambers within the radiation module, which are completely enclosed by the radiation module, so that no or only insignificant refractive index fluctuations can form in the air contained therein. Due to this configuration of the radiation module, the measuring radiation with entry into the radiation module no longer comes into contact with ambient air. Thus, the influence of refractive index fluctuations in the ambient air on the position measurement is reduced to a minimum or completely suppressed.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Anstrahlmodul weiterhin eine Einstrahlfläche zur Einstrahlung des Messstrahls. Dabei ist das Anstrahlmodul dazu konfiguriert ist, dass bei Einstrahlung des Messstrahls unter jeweils geeignetem Einstrahlwinkel auf die Einstrahlfläche die reflektierten Teilstrahlen unabhängig von der Position des Messstrahls auf der Einstrahlfläche miteinander überlagert werden. Weiterhin ist das Anstrahlmodul in der genannten erfindungsgemäßen Ausführungsform dazu konfiguriert, dass die optische Weglänge des ersten Teilstrahls zwischen der strahlteilenden Fläche und dem Beugungsgitter unabhängig ist von der Position des Messstrahls auf der Einstrahlfläche, d. h. die optische Weglänge ändert sich nicht aufgrund einer Änderung der Position des Messstrahls auf der Einstrahlfläche. Weiterhin ist die optische Weglänge des zweiten Teilstrahls zwischen der strahlteilenden Fläche und der Reflexionsfläche abhängig von der Position des Messstrahls auf der Einstrahlfläche. Dabei wird vorausgesetzt, dass der Einstrahlwinkel des Messstrahls für die unterschiedlichen Positionen auf der Einstrahlfläche jeweils derart gewählt wird, dass die reflektierten Teilstrahlen miteinander überlagert werden. Gemäß einer Ausführungsform ist der Einstrahlwinkel des Messstrahls in Bezug auf die Einstrahlfläche für die unterschiedlichen Positionen des Messstrahls gleich. Weiterhin ist das Anstrahlmodul in der genannten Ausführungsform dazu konfiguriert, dass die überlagerten Teilstrahlen eine Phasendifferenz aufweisen, die abhängig ist von der Position des Messstrahls auf der Einstrahlfläche.According to an embodiment of the invention, the radiation module further comprises an irradiation surface for irradiating the measuring beam. In this case, the irradiation module is configured such that, when the measuring beam is irradiated, in each case with a suitable angle of incidence onto the irradiation surface, the reflected partial beams are superposed on the irradiation surface independently of the position of the measuring beam. Furthermore, in the mentioned embodiment according to the invention, the irradiation module is configured such that the optical path length of the first sub-beam between the beam-splitting surface and the diffraction grating is independent of the position of the measuring beam on the irradiation surface, i. H. the optical path length does not change due to a change in the position of the measuring beam on the irradiation surface. Furthermore, the optical path length of the second partial beam between the beam-splitting surface and the reflection surface is dependent on the position of the measuring beam on the irradiation surface. In this case, it is assumed that the angle of incidence of the measuring beam for the different positions on the irradiation surface is selected such that the reflected partial beams are superimposed with one another. According to one embodiment, the angle of incidence of the measuring beam with respect to the irradiation surface is the same for the different positions of the measuring beam. Furthermore, in the mentioned embodiment, the irradiation module is configured such that the superimposed partial beams have a phase difference, which is dependent on the position of the measuring beam on the irradiation surface.

Wie bereits vorstehend angedeutet, weist das Anstrahlmodul gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung eine geschlossene Oberfläche auf, derart dass jeweilige Strahlengänge der Teilstrahlen bis zu einer Wiederzusammenführung der Teilstrahlen im Anstrahlmodul vollständig von der Oberfläche des Anstrahlmoduls umschlossen sind. Innerhalb der geschlossenen Oberfläche können Luftkammern angeordnet sein, alternativ kann das Volumen innerhalb der geschlossenen Oberfläche auch vollständig aus festem Material bestehen. So kann das Anstrahlmodul vollvolumig ausgebildet sein, derart dass jeweilige Strahlengänge der Teilstrahlen bis zu einer Wiederzusammenführung der Teilstrahlen im Anstrahlmodul durchgehend in festem Material verlaufen.As already indicated above, according to an embodiment of the invention, the illumination module has a closed surface such that respective beam paths of the partial beams are completely enclosed by the surface of the radiation module until the partial beams in the illumination module are re-merged. Within the closed surface air chambers may be arranged, alternatively, the volume within the closed surface may also consist entirely of solid material. Thus, the radiation module can be designed to be full-volume, such that respective beam paths of the partial beams extend continuously in a solid material until the partial beams in the radiation module reassemble.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfasst das Anstrahlmodul zwei Teilkörper, welche entlang der strahlteilenden Fläche miteinander verbunden sind. So können die beiden Teilkörper insbesondere über eine strahlteilende Schicht miteinander verbunden sein. Eine solche strahlteilende Schicht kann z. B. dielektrisch oder metallisch sein. Ein Beispiel für eine derartige Ausführung ist die Gestaltung des Anstrahlmoduls als Strahlteilerwürfel, welcher zwei verkittete Prismen aufweist, die über eine strahlteilende Beschichtung auf der jeweiligen Hypotenusenseite der Prismen miteinander verbunden sind. Gemäß einer Ausführungsform ist die strahlteilende Fläche als polarisierender Strahlteiler konfiguriert.According to a further embodiment according to the invention, the radiation module comprises two partial bodies, which are connected to one another along the beam-dividing surface. Thus, the two body parts can be connected to each other in particular via a beam-splitting layer. Such a beam-splitting layer can, for. B. be dielectric or metallic. An example of such an embodiment is the design of the radiation module as a beam splitter cube, which has two cemented prisms, which are connected to each other via a beam-splitting coating on the respective hypotenuse side of the prisms. According to one embodiment, the beam-splitting surface is configured as a polarizing beam splitter.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist einer der beiden Teilkörper eine sich in einer Längsrichtung der strahlteilenden Fläche verjüngende Form auf und ist insbesondere keilförmig gestaltet.According to a further embodiment according to the invention, one of the two partial bodies has a shape that tapers in a longitudinal direction of the beam-dividing surface and is in particular wedge-shaped.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das Anstrahlmodul als Retroreflektor konfiguriert, derart dass in einer Einstrahlrichtung auf das Anstrahlmodul eingestrahltes Messlicht nach Wechselwirkung mit dem Anstrahlmodul, unabhängig von der genauen Ausrichtung des Anstrahlmoduls, in einer zur Einstrahlrichtung entgegengesetzten Abstrahlrichtung abgestrahlt wird. Gemäß einer Variante wird das Messlicht in einer zur Einstrahlrichtung entgegengesetzten Richtung abgestrahlt, solange die Ausrichtung des Anstrahlmoduls gegenüber der Einstrahlrichtung des Messlichts von einer Sollausrichtung um weniger als 1°, insbesondere um weniger als 0,2° oder um weniger als 0,1° abweicht. Unter einer Abstrahlung in entgegengesetzter Richtung wird eine Abstrahlung verstanden, die von der genau entgegengesetzten Richtung um weniger als 1°, insbesondere um weniger als 0,1° oder um weniger als 0,05° abweicht.According to a further embodiment of the invention, the radiation module is configured as a retroreflector, such that measurement light irradiated onto the radiation module in an irradiation direction is radiated after interaction with the radiation module, irrespective of the precise alignment of the radiation module, in an emission direction opposite to the irradiation direction. According to a variant, the measuring light is in a direction opposite to the direction of irradiation emitted, as long as the orientation of the radiation module with respect to the direction of irradiation of the measuring light from a target orientation deviates by less than 1 °, in particular by less than 0.2 ° or less than 0.1 °. An emission in the opposite direction is understood to mean an emission which deviates from the exactly opposite direction by less than 1 °, in particular by less than 0.1 ° or by less than 0.05 °.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung das optische Beugungsgitter dazu konfiguriert, den ersten Teilstrahl in eine Richtung zu reflektieren, die von einer durch das Reflexionsgesetz vorgegebenen Richtung abweicht. Gemäß einer Variante ist das optische Beugungsgitter hinsichtlich des ersten Teilstrahls als Littrow-Gitter ausgebildet. In diesem Fall wird der erste Teilstrahl in sich selbst reflektiert. Gemäß einer weiteren Variante sind zwei optische Beugungsgitter derart angeordnet, dass der erste Teilstrahl durch Reflexion an beiden Beugungsgittern in eine Richtung gelenkt wird, die der Einstrahlrichtung entgegengesetzt ist. Die Einstrahrichtung des ersten Teilstrahls ist vorzugsweise senkrecht zu einer Fläche des Anstrahlmoduls, auf die der Messstrahl eingestrahlt wird, orientiert.As already mentioned above, according to a further embodiment of the invention, the optical diffraction grating is configured to reflect the first sub-beam in a direction that deviates from a direction predetermined by the law of reflection. According to a variant, the optical diffraction grating is designed as a Littrow grating with respect to the first sub-beam. In this case, the first partial beam is reflected in itself. According to a further variant, two optical diffraction gratings are arranged such that the first partial beam is directed by reflection at both diffraction gratings in a direction which is opposite to the direction of irradiation. The direction of incidence of the first partial beam is preferably oriented perpendicular to a surface of the radiation module, onto which the measuring beam is irradiated.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist das Anstrahlmodul zwei zueinander verkippte Beugungsgitter auf. Diese sind beispielsweise derart zueinander verkippt, dass der erste Teilstrahl durch Reflexion an beiden Beugungsgittern in seiner Richtung umgekehrt, und insbesondere zusätzlich parallel versetzt, wird.According to a further embodiment of the invention, the radiation module has two mutually tilted diffraction gratings. These are, for example, tilted relative to one another in such a way that the first partial beam is reversed in its direction by reflection at both diffraction gratings, and in particular additionally offset in parallel.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist das Anstrahlmodul zwei zueinander verkippte Reflexionsflächen auf. Die Reflexionsflächen können derart zueinander verkippt sein, dass der zweite Teilstrahl durch Reflexion an beiden Reflexionsflächen in seiner Richtung umgekehrt, und insbesondere zusätzlich parallel versetzt, wird.According to a further embodiment of the invention, the radiation module has two mutually tilted reflection surfaces. The reflection surfaces can be tilted relative to one another in such a way that the second partial beam is reversed in its direction by reflection at both reflection surfaces and, in particular, additionally offset in parallel.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist das Anstrahlmodul zwei Paare an jeweils zueinander verkippten Reflexionsflächen auf. Damit kann das Anstrahlmodul zur Vermessung einer Positionsänderung des Messobjekts in zwei Raumrichtungen verwendet werden.According to a further embodiment of the invention, the radiation module has two pairs of reflection surfaces tilted relative to each other. Thus, the illumination module can be used to measure a change in position of the measurement object in two spatial directions.

Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Messvorrichtung mit einem Anstrahlmodul in einer der vorstehenden Ausführungsformen bereitgestellt. Die Messvorrichtung ist konfiguriert, eine Positionsänderung eines Messobjekts in zumindest einer Raumrichtung in Bezug auf ein Referenzobjekt zu messen. Weiterhin weist die Messvorrichtung eine Strahlerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des Messstrahls auf, wobei die Strahlerzeugungseinrichtung in Bezug auf das Anstrahlmodul beweglich angeordnet ist.Furthermore, according to the invention, a measuring device with a radiation module in one of the above embodiments is provided. The measuring device is configured to measure a change in position of a measuring object in at least one spatial direction with respect to a reference object. Furthermore, the measuring device has a beam generating device for generating the measuring beam, wherein the beam generating device is movably arranged with respect to the radiating module.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist die Strahlerzeugungseinrichtung dazu konfiguriert, zwei Messstrahlen in unterschiedlichen Richtungen auf das Anstrahlmodul einzustrahlen, und das Anstrahlmodul ist dazu konfiguriert, die Messstrahlen derart zurückzustrahlen, dass durch Vermessung der zurückgestrahlten Messstrahlen eine Positionsänderung des Anstrahlmoduls in zwei Raumrichtungen bestimmbar ist.According to one embodiment of the measuring device according to the invention, the beam generating device is configured to radiate two measuring beams in different directions onto the radiating module, and the radiating module is configured to radiate the measuring beams such that a position change of the radiating module in two spatial directions can be determined by measuring the reflected measuring beams.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Messvorrichtung weiterhin mindestens ein Rückreflexionselement auf, welches dazu konfiguriert ist, einen aus dem Anstrahlmodul austretenden Strahl auf das Anstrahlmodul zurück zu reflektieren, derart dass der zurückreflektierte Strahl gegenüber dem aus dem Anstrahlmodul austretenden Strahl quer zur Strahlrichtung versetzt ist. Vorteilhafterweise ist das Anstrahlmodul gegenüber dem Rückreflexionselement beweglich angeordnet. So kann das Rückreflexionselement gegenüber der Strahlerzeugungseinrichtung fixiert sein, wobei das Modul aus Rückreflexionselement und Strahlerzeugungseinrichtung einerseits und das Anstrahlmodul andererseits beweglich zueinander angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsvariante weist die Messvorrichtung zwei Rückreflexionselemente der genannten Art auf, die orthogonal zueinander ausgerichtet sind, sodass eine Positionsvermessung in zwei Raumrichtungen erfolgen kann.According to a further embodiment of the invention, the measuring device further comprises at least one return-reflecting element, which is configured to reflect a beam emerging from the irradiation module back onto the irradiation module, such that the back-reflected beam is offset transversely to the beam direction with respect to the beam emerging from the irradiation module is. Advantageously, the radiation module is arranged to be movable relative to the rear reflection element. Thus, the return-reflection element can be fixed relative to the beam-generating device, wherein the module of the return-reflection element and the beam-generating device on the one hand and the radiation module on the other hand are arranged movable relative to one another. According to one embodiment, the measuring device has two back reflection elements of the type mentioned, which are oriented orthogonally to one another, so that a position measurement can take place in two spatial directions.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das Anstrahlmodul dazu konfiguriert, die Teilstrahlen nach Wechselwirkung mit dem optischen Beugungsgitter bzw. der Reflexionsfläche wieder zusammenzuführen, derart dass der zusammengeführte Strahl gegenüber dem Messstrahl in eine erste Richtung versetzt ist. Weiterhin weist die Messvorrichtung ein Rückreflexionselement auf, welches dazu konfiguriert ist, den zusammengeführten Strahl durch Zurückreflexion in eine Richtung zu versetzen, die zumindest eine zur ersten Richtung orthogonale Richtung aufweist.In accordance with a further embodiment of the invention, the illumination module is configured to recombine the partial beams after interaction with the optical diffraction grating or the reflection surface such that the merged beam is offset in a first direction relative to the measuring beam. Furthermore, the measuring device has a back reflection element, which is configured to offset the merged beam by back reflection in a direction which has at least one direction orthogonal to the first direction.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist das Rückreflexionselement dazu konfiguriert, den zusammengeführten Strahl durch die Zurückreflexion weiterhin parallel zur ersten Richtung zu versetzten. Damit trifft der vom Rückreflexionselement ausgehende Strahl derart auf das Anstrahlmodul, dass ein von diesem Strahl ausgehender Teilstrahl im gleichen Winkel auf das optische Gitter trifft wie der erste Teilstrahl des Messstrahls.According to a further embodiment of the invention, the return reflection element is configured to continue to offset the merged beam by the back reflection parallel to the first direction. Thus, the beam emanating from the back reflection element impinges on the illumination module in such a way that a partial beam emanating from this beam strikes the optical grating at the same angle as the first partial beam of the measurement beam.

Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Maskeninspektionseinrichtung zur Inspektion einer Lithographie-Maske bereitgestellt, welche eine Messvorrichtung in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Die Maskeninspektionseinrichtung dient der Erkennung von Schreibfehlern auf der Lithographie-Maske und umfasst eine Abbildungsoptik zum Abbilden von Maskenstrukturen der Lithographie-Maske auf einen Detektor.Furthermore, according to the invention, a mask inspection device for inspecting a lithography mask is provided, which comprises a Measuring device comprises in one of the embodiments described above. The mask inspection device serves to detect writing errors on the lithography mask and comprises imaging optics for imaging mask structures of the lithography mask onto a detector.

Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Positionsermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Positionierung von Strukturen auf einer Lithographie-Maske (auch „Registration-Messeinrichtung” bezeichnet) bereitgestellt, welche eine Messvorrichtung in einer der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst.Furthermore, according to the invention, a position determining device for determining the positioning of structures on a lithography mask (also referred to as "registration measuring device") is provided, which comprises a measuring device in one of the above-described embodiments according to the invention.

Gemäß einer Ausführungsform der Maskeninspektionseinrichtung oder der Positionsermittlungseinrichtung weist diese einen Maskenhalter auf, der gegenüber einem Referenzrahmen verschiebbar gelagert ist. Die Messvorrichtung ist dazu konfiguriert eine Positionsänderung des Maskenhalters in Bezug auf den Referenzrahmen zu vermessen. Dazu kann z. B. die Strahlerzeugungseinrichtung am Referenzrahmen und das Anstrahlmodul am Maskenhalter angeordnet sein.According to one embodiment of the mask inspection device or the position determining device, the latter has a mask holder which is displaceably mounted relative to a reference frame. The measuring device is configured to measure a change in position of the mask holder with respect to the reference frame. This can z. B. the beam generating device on the reference frame and the radiation module can be arranged on the mask holder.

Weiterhin wird nach der Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie bereitgestellt, welche eine Messvorrichtung in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen enthält. Eine derartige Projektionsbelichtungsanlage umfasst ein Projektionsobjektiv zur Abbildung von Maskenstrukturen einer Lithographie-Maske auf ein Substrat.Furthermore, according to the invention, a projection exposure apparatus for microlithography is provided, which contains a measuring device in one of the embodiments described above. Such a projection exposure apparatus comprises a projection objective for imaging mask structures of a lithography mask onto a substrate.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Projektionsbelichtungsanlage nach der Erfindung eine erste Haltevorrichtung zum Halten einer Lithographiemaske sowie eine zweite Haltevorrichtung zum Halten eines zu strukturierenden Substrats auf. Die Haltevorrichtungen sind jeweils gegenüber einem Referenzrahmen verschiebbar gelagert und die Messvorrichtung ist zur Vermessung einer Positionsänderung einer der beiden Haltevorrichtungen in Bezug auf den Referenzrahmen konfiguriert.According to one embodiment, the projection exposure apparatus according to the invention has a first holding device for holding a lithographic mask and a second holding device for holding a substrate to be structured. The holding devices are each displaceably mounted relative to a reference frame and the measuring device is configured to measure a change in position of one of the two holding devices with respect to the reference frame.

Die vorstehend beschriebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in den Ansprüchen und in der Figurenbeschreibung erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind und deren Schutz ggf. erst während oder nach Anhängigkeit der Anmeldung beansprucht wird.The above-described features of the embodiments according to the invention are explained in the claims and in the description of the figures. The individual features can be realized either separately or in combination as embodiments of the invention. Furthermore, they can describe advantageous embodiments which are independently protectable and their protection is possibly claimed only during or after pending the application.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorstehenden, sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:The foregoing and other advantageous features of the invention are illustrated in the following detailed description of exemplary embodiments according to the invention with reference to the accompanying diagrammatic drawings. It shows:

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Messvorrichtung zur Messung einer Positionsänderung eines Messobjekts, wobei die Messvorrichtung einen Messkopf sowie ein vom Messkopf mit einer Messstrahlung angestrahltes Anstrahlmodul in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst, 1 1 is a schematic side view of an embodiment according to the invention of a measuring device for measuring a change in position of a measuring object, wherein the measuring device comprises a measuring head and a radiation module illuminated by the measuring head with a measuring radiation in an embodiment according to the invention,

2 eine Veranschaulichung des Strahlengangs der Messstrahlung im Anstrahlmodul aus 1, 2 an illustration of the beam path of the measuring radiation in the radiation module 1 .

3 eine Veranschaulichung des Messstrahlengangs im Anstrahlmodul bei Verschiebung der Position des Anstrahlmoduls in y-Richtung gegenüber der Position aus 2, 3 an illustration of the measuring beam path in the radiation module with displacement of the position of the radiation module in the y-direction relative to the position 2 .

4 eine Veranschaulichung des Messstrahlengangs im Anstrahlmodul bei Verschiebung der Position des Anstrahlmoduls in x-Richtung gegenüber der Position aus 2, 4 an illustration of the measuring beam path in the radiation module in displacement of the position of the radiation module in the x-direction relative to the position 2 .

5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Anstrahlmoduls zusammen mit einem Rückreflexionselement in Gestalt eines Umlenkprismas, 5 a perspective view of another embodiment of the invention Strahlstrahluls together with a back-reflecting element in the form of a deflection prism,

6 eine Draufsicht auf das Anstrahlmodul aus 5 zusammen mit einer Strahlerzeugungseinrichtung sowie einem Detektor, 6 a plan view of the radiation module 5 together with a beam generating device and a detector,

7 eine perspektivische Ansicht des Anstrahlmoduls aus 5 zusammen mit einer weiteren Ausführungsform des Rückreflexionselements, 7 a perspective view of the radiation module 5 together with another embodiment of the return-reflection element,

8 das Anstrahlmodul sowie das Rückreflexionselement aus 7 unter einem veränderten Blickwinkel, 8th the radiation module and the rear reflection element 7 from a different perspective,

9 das Anstrahlmodul aus 8 in einer zur Anstrahlung aus zwei Richtungen modifizierten Ausführungsform zusammen mit zwei Rückreflexionselementen, 9 the radiation module off 8th in a modified embodiment for irradiation from two directions together with two return reflection elements,

10 eine Maskeninspektionseinrichtung zur Inspektion einer Lithographie-Maske mit einer darin integrierten erfindungsgemäßen Messvorrichtung, 10 a mask inspection device for inspecting a lithography mask with a measuring device according to the invention integrated therein,

11 eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit darin integrierten erfindungsgemäßen Messvorrichtungen, sowie 11 a projection exposure apparatus for microlithography with therein integrated measuring devices, as well as

12 eine Veranschaulichung eines aus dem Stand der Technik bekannten homodynen Laser-Interferometers. 12 an illustration of a known from the prior art homodyne laser interferometer.

Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer AusführungsbeispieleDetailed description of inventive embodiments

In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungsformen sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.In the embodiments or embodiments described below, functionally or structurally similar elements are as far as possible provided with the same or similar reference numerals. Therefore, for the understanding of the features of the individual elements of a particular embodiment, reference should be made to the description of other embodiments or the general description of the invention.

Zur Erleichterung der Beschreibung der Projektionsbelichtungsanlage ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die z-Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus dieser heraus, die x-Richtung nach rechts und die y-Richtung nach oben.To facilitate the description of the projection exposure apparatus, a Cartesian xyz coordinate system is indicated in the drawing, from which the respective positional relationship of the components shown in the figures results. In 1 the z-direction is perpendicular to the plane of the drawing out of this, the x-direction to the right and the y-direction to the top.

1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Messvorrichtung 30 zur Messung einer Positionsänderung eines Messobjekts in Bezug auf ein Referenzobjekt. Die Messvorrichtung 10 umfasst einen Messkopf 20 zum Erzeugen eines Messstrahls 22 sowie ein Anstrahlmodul 30, welches im Messbetrieb von dem Messstrahl 22 angestrahlt wird. Dazu kann der Messkopf 20 an einem feststehenden Referenzobjekt befestigt werden, während das Anstrahlmodul 30 an einem bezüglich des Referenzobjekts beweglichen Messobjekt befestigt wird. Beispiele für den Einsatz der Messvorrichtung 10 umfassen eine Maskeninspektionseinrichtung 500 gemäß 10, eine Positionsermittlungseinrichtung sowie eine Projektionsbelichtungsanlage 550 für die Mikrolithographie gemäß 11, wie nachstehend näher beschrieben. 1 illustrates an embodiment of a measuring device according to the invention 30 for measuring a change in position of a measuring object with respect to a reference object. The measuring device 10 includes a measuring head 20 for generating a measuring beam 22 and a radiation module 30 , which in measuring operation of the measuring beam 22 is illuminated. For this purpose, the measuring head 20 be attached to a fixed reference object while the radiation module 30 is attached to a movable object of measurement with respect to the reference object. Examples of the use of the measuring device 10 comprise a mask inspection device 500 according to 10 , a position detecting device and a projection exposure apparatus 550 for microlithography according to 11 as described in more detail below.

Die Messvorrichtung 10 gemäß 1 ist dazu konfiguriert, eine Positionsveränderung des Anstrahlmoduls 30 quer zur Einstrahlrichtung des Messstrahls 22, d. h. im Koordinatensystem gemäß 1 in y-Richtung, zu vermessen. Im Einzelnen umfasst der Messkopf 20 eine Strahlerzeugungseinrichtung 12 zur Erzeugung von Messlicht 14. Die Strahlerzeugungseinrichtung 12 kann beispielsweise einen Helium-Neon Laser umfassen. In diesem Fall liegt die Wellenlänge des Messlichts 14 bei etwa 633 nm und damit im sichtbaren Wellenlängenbereich. Auch andere Wellenlängen im sichtbaren Wellenlängenbereich oder auch Wellenlängen im UV-Wellenlängenbereich oder im infraroten Wellenlängenbereich sind denkbar.The measuring device 10 according to 1 is configured to change the position of the radiation module 30 transverse to the direction of irradiation of the measuring beam 22 , ie in the coordinate system according to 1 in y-direction, to measure. In detail, the measuring head comprises 20 a beam generating device 12 for generating measuring light 14 , The beam generating device 12 may include, for example, a helium-neon laser. In this case, the wavelength of the measuring light lies 14 at about 633 nm and thus in the visible wavelength range. Other wavelengths in the visible wavelength range or also wavelengths in the UV wavelength range or in the infrared wavelength range are conceivable.

Das Messlicht 14 durchläuft einen weiterhin im Messkopf 20 enthaltenen Strahlteiler 16 und tritt daraufhin aus dem Messkopf 20 als Messstrahl 22 aus. Der Messstrahl 22 wird im Messbetrieb auf das Anstrahlmodul 30 eingestrahlt. Das Anstrahlmodul 30 umfasst einen ersten Teilkörper 32 in Gestalt eines dreieckförmigen Prismas sowie einen zweiten Teilkörper 34 in Gestalt eines Quaders. Sowohl der erste Teilkörper als auch der zweite Teilkörper sind lichtdurchlässig hinsichtlich des Messlichts 14, beispielsweise können sie aus Glas gefertigt sein.The measuring light 14 goes through a further in the measuring head 20 contained beam splitter 16 and then comes out of the measuring head 20 as measuring beam 22 out. The measuring beam 22 is in measuring mode on the radiation module 30 irradiated. The radiation module 30 comprises a first part body 32 in the form of a triangular prism and a second part body 34 in the shape of a cuboid. Both the first part body and the second part body are translucent with respect to the measuring light 14 For example, they can be made of glass.

Im vorliegenden Fall ist die Grundfläche des der Gestalt des ersten Teilkörpers 32 zugrundeliegenden Prismas als rechtwinkliges Dreieck ausgeführt. Der zweite Teilkörper 34 ist über eine strahlteilende Schicht 36 an der hypotenusenseitigen Seitenfläche des Prismas des ersten Teilkörpers 32 befestigt. Die strahlteilende Schicht 36 kann elektrisch oder metallisch sein und bildet eine strahlteilende Fläche 38 innerhalb des Anstrahlmoduls 30. Der auf das Anstrahlmodul 30 eingestrahlte Messstrahl 22 tritt in den ersten Teilkörpers 32 ein und wird an der strahlteilenden Schicht 36 aufgespalten. Die die strahlteilende Schicht 36 durchlaufende Strahlung bildet einen ersten Teilstrahl 24, während die an der strahlteilenden Schicht 36 reflektierte Strahlung einen zweiten Teilstrahl 26 bildet.In the present case, the base area of the shape of the first part body 32 underlying prism designed as a right triangle. The second part body 34 is over a beam splitting layer 36 on the hypotenus-side side surface of the prism of the first partial body 32 attached. The beam splitting layer 36 may be electrical or metallic and forms a beam splitting surface 38 within the spotlight module 30 , The on the radiation module 30 irradiated measuring beam 22 enters the first part of the body 32 and is at the beam splitting layer 36 split. The beam splitting layer 36 continuous radiation forms a first partial beam 24 while at the beam splitting layer 36 reflected radiation a second partial beam 26 forms.

Der erste Teilstrahl 24 durchläuft den quaderförmigen zweiten Teilkörper 34 und trifft schräg auf ein optisches Beugungsgitter 40 auf. Das optische Beugungsgitter 40 ist an derjenigen Seitenfläche des quaderförmigen zweiten Teilkörpers 34 angeordnet, welche der an der strahlteilenden Schicht 36 anliegenden Seitenfläche gegenüberliegt. Das optische Beugungsgitter 40 ist als sogenanntes Littrow-Gitter ausgebildet und derart an die Wellenlänge des Messstrahls 22 und den Einstrahlwinkel des ersten Teilstrahls angepasst, dass die Strahlung des ersten Teilstrahls 24 in sich selbst zurückreflektiert wird. Die in sich selbst zurückreflektierte Strahlung wird als in sich selbst zurückreflektierter erster Teilstrahl 24r bezeichnet.The first partial beam 24 passes through the cuboid second partial body 34 and impinges obliquely on an optical diffraction grating 40 on. The optical diffraction grating 40 is on that side surface of the cuboid second partial body 34 arranged, which at the beam splitting layer 36 opposite side surface. The optical diffraction grating 40 is designed as a so-called Littrow grating and so on the wavelength of the measuring beam 22 and adapted to the angle of incidence of the first partial beam that the radiation of the first partial beam 24 is reflected back in itself. The reflected back in itself radiation is reflected as a self-reflected first partial beam 24r designated.

Wie vorstehend erwähnt, ist der erste Teilkörper 32 in Gestalt eines dreieckförmigen Prismas ausgebildet. Die erste kathetenseitige Seitenfläche des Prismas dient als Einstrahlfläche 35 zum Einstrahlen des eingehenden Messstrahls 22. Die zweite kathetenseitige Seitenfläche dient als Reflexionsfläche 44 für den zweiten Teilstrahl 26 und ist dazu mit einer Reflexionsbeschichtung 42 versehen. Das Licht des zweiten Teilstrahls 26 trifft im Wesentlichen senkrecht auf die Reflexionsfläche 44 auf und läuft nach erfolgter Reflexion als reflektierter zweiter Teilstrahl 26r zurück zur strahlteilenden Schicht 36. An der strahlteilenden Schicht 36 wird der Teilstrahl 26r reflektiert und läuft daraufhin zusammen mit dem in sich selbst zurückreflektierten ersten Teilstrahl 24r als zurücklaufender Messstrahl 22r zurück zum Messkopf 20.As mentioned above, the first part body 32 formed in the shape of a triangular prism. The first catheter-side side surface of the prism serves as a Einstrahlfläche 35 for irradiating the incoming measuring beam 22 , The second kathetenseitige side surface serves as a reflection surface 44 for the second partial beam 26 and is with a reflective coating 42 Mistake. The light of the second partial beam 26 is essentially perpendicular to the reflection surface 44 up and running Successful reflection as a reflected second partial beam 26r back to the beam splitting layer 36 , At the beam splitting layer 36 becomes the sub-beam 26r reflected and then runs together with the reflected back in itself first part of the beam 24r as returning measuring beam 22r back to the measuring head 20 ,

Die optische Weglänge des ersten Teilstrahls 24 zwischen der strahlteilenden Fläche 38 und dem Beugungsgitter 40 ist unabhängig von der Position des Messstrahls 22 auf der Einstrahlfläche, während die optische Weglänge des zweiten Teilstrahls 26 zwischen der strahlteilenden Fläche und der Reflexionsfläche abhängig ist von der Position des Messstrahls auf der Einstrahlfläche. Dabei wird jeweils vorausgesetzt, dass der Messstrahl 22 senkrecht auf die Einstrahlfläche auftrifft.The optical path length of the first partial beam 24 between the beam splitting surface 38 and the diffraction grating 40 is independent of the position of the measuring beam 22 on the Einstrahlfläche, while the optical path length of the second partial beam 26 between the beam-splitting surface and the reflection surface is dependent on the position of the measuring beam on the Einstrahlfläche. It is assumed in each case that the measuring beam 22 impinges perpendicular to the Einstrahlfläche.

Im Messkopf 20 wird der zurücklaufende Messstrahl 22r am Strahlteiler 16 auf einen Detektor 18 reflektiert. Die vom Detektor 18 gemessene Intensität ist Ergebnis einer Interferenz zwischen den Teilstrahlen 24r und 26r. Wird das Anstrahlmodul 30 in y-Richtung verschoben, so ändert sich die Differenz zwischen der von den Teilstrahlen 24 sowie 24r zurückgelegten Weglänge und der von den Teilstrahlen 26 sowie 26r zurückgelegten Weglänge. Mit anderen Worten weisen die überlagerten Teilstrahlen 24r und 26r eine Phasendifferenz auf, die abhängig ist von der Position des Messstrahls 22 auf der Einstrahlfläche 25. Die Verschiebung des Anstrahlmoduls 30 führt zu einer Variation der vom Detektor 18 registrierten Intensität, wie nachstehend mit Bezugnahme auf die 2 bis 4 näher erläutert. Aus dem zeitlichen Verlauf des vom Detektor 18 aufgezeichneten Intensitätssignals wird eine Positionsänderung des Anstrahlmoduls 30 in Bezug auf den Messkopf 20 in y-Richtung ermittelt.In the measuring head 20 becomes the returning measuring beam 22r at the beam splitter 16 on a detector 18 reflected. The one from the detector 18 measured intensity is the result of interference between the sub-beams 24r and 26r , Will the spotlight module 30 shifted in the y-direction, the difference between that of the sub-beams changes 24 such as 24r covered path length and that of the partial beams 26 such as 26r traveled path. In other words, the superimposed partial beams 24r and 26r a phase difference that depends on the position of the measuring beam 22 on the irradiation surface 25 , The displacement of the radiation module 30 leads to a variation of the detector 18 registered intensity, as below with reference to the 2 to 4 explained in more detail. From the time course of the detector 18 recorded intensity signal is a change in position of the radiation module 30 in relation to the measuring head 20 determined in y-direction.

2 zeigt den Strahlengang des Messstrahls 22 im Anstrahlmodul 30 von 1 unter Veranschaulichung der einzelnen Polarisationskomponenten. Der eingehende Messstrahl 22 ist zu Darstellungszwecken in einen senkrecht zur Zeichenebene polarisierten Anteil 22s und einen parallel zur Zeichenebene polarisierten Anteil 22p aufgeteilt. Die strahlteilende Schicht 36 wirkt als polarisierender Strahlteiler, wodurch der die strahlteilende Schicht 36 durchlaufende erste Teilstrahl 24 parallel polarisiert ist und der an der strahlteilenden Schicht 36 reflektierte zweite Teilstrahl 26 senkrecht polarisiert ist. Um den Einfluss zyklischer Fehler, z. B. Leistungsschwankungen und Verkippungen des Anstrahlmoduls 30 zu reduzieren, können zusätzlich zur Erfassung des zurücklaufenden Messstrahls 22r mittels des Detektors 18 gemäß 1 auch die einzelnen Polarisationskomponenten des Messstrahls 22r analysiert werden. Weichen die Intensitäten der einzelnen Polarisationsanteile von den erwarteten Werten ab, so erfolgt eine entsprechende Korrektur im Messergebnis. Dazu kann der Messkopf 20 analog zur Anordnung gemäß 12 mit entsprechenden λ/4-Plättchen, Polarisatoren und zusätzlichen Detektoren ausgestattet sein. Weiterhin kann die Vermessung des Anstrahlmoduls auch mittels des dem Fachmann bekannten heterodynen Messverfahrens erfolgen. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, enthält bei diesem Verfahren die eingestrahlte Messstrahlung verschiedene Polarisationsrichtungen mit leicht unterschiedlichen optischen Frequenzen. 2 shows the beam path of the measuring beam 22 in the spotlight module 30 from 1 illustrating the individual polarization components. The incoming measuring beam 22 is for illustration purposes in a direction perpendicular to the plane polarized portion 22s and a portion polarized parallel to the plane of the drawing 22p divided up. The beam splitting layer 36 acts as a polarizing beam splitter, causing the beam splitting layer 36 continuous first partial beam 24 is polarized parallel and at the beam splitting layer 36 reflected second partial beam 26 is polarized perpendicularly. In order to avoid the influence of cyclic errors, eg B. power fluctuations and tilting of the radiation module 30 in addition to detecting the returning measuring beam 22r by means of the detector 18 according to 1 also the individual polarization components of the measuring beam 22r to be analyzed. If the intensities of the individual polarization components deviate from the expected values, a corresponding correction is made in the measurement result. For this purpose, the measuring head 20 analogous to the arrangement according to 12 be equipped with corresponding λ / 4 plates, polarizers and additional detectors. Furthermore, the measurement of the radiation module can also take place by means of the heterodyne measuring method known to the person skilled in the art. As already mentioned in the introduction to the description, in this method the irradiated measuring radiation contains different polarization directions with slightly different optical frequencies.

3 zeigt das Anstrahlmodul 30 in einer gegenüber der Position aus 2 in nach oben, d. h. in y-Richtung und damit quer zur Einstrahlrichtung des Messstrahls 22 verschobenen Position. Wie aus 3 deutlich wird, ändert sich durch diese Verschiebung die optische Weglänge für den zweiten Teilstrahl 26 bzw. 26r, während die Weglänge für den ersten Teilstrahl 24 bzw. 24r gleich bleibt. Die Überlagerung der reflektierten Teilstrahlungen 24r und 26r auf dem Detektor 18 führt aufgrund der veränderten Weglänge zu einer Variation in der Intensität des Messsignals. 3 shows the spotlight module 30 in a position opposite to the position 2 in upward, ie in the y-direction and thus transversely to the direction of irradiation of the measuring beam 22 shifted position. How out 3 becomes clear, changes the optical path length for the second partial beam by this shift 26 respectively. 26r while the path length for the first sub-beam 24 respectively. 24r stays the same. The superimposition of the reflected partial radiations 24r and 26r on the detector 18 due to the changed path length leads to a variation in the intensity of the measurement signal.

4 zeigt das Anstrahlmodul 30 in einer gegenüber der Position gemäß 2 nach rechts, d. h. in x-Richtung und damit parallel zur Einstrahleinrichtung des Messstrahls 22, verschobenen Position. Die y-Position des Anstrahlmoduls 30 ist gegenüber der Stellung in 2 unverändert. Wie aus dem Strahlengang in 4 ersichtlich, ändert sich die Weglänge weder für den ersten Teilstrahl 24 bzw. 24r noch für den zweiten Teilstrahl 26 bzw. 26r. Eine Verschiebung des Anstrahlmoduls 30 in x-Richtung macht sich damit im Detektionssignal des Detektors 18 nicht bemerkbar. 4 shows the spotlight module 30 in a position opposite to the position 2 to the right, ie in the x direction and thus parallel to the injection device of the measuring beam 22 , moved position. The y position of the radiation module 30 is opposite to the position in 2 unchanged. As seen from the beam path in 4 As can be seen, the path length does not change for the first partial beam 24 respectively. 24r still for the second partial beam 26 respectively. 26r , A shift of the radiation module 30 in the x-direction makes itself thus in the detection signal of the detector 18 not noticeable.

5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform 130 eines Anstrahlmoduls für eine in 6 in Draufsicht dargestellte Messvorrichtung 110 zum Messen einer Positionsänderung. Die Messvorrichtung 110 umfasst einen Messkopf 120 sowie das Anstrahlmodul 130. Dem Anstrahlmodul 130 ist ein Rückreflexionselement 150 in Gestalt eines Umlenkprismas zugeordnet. Das Rückreflexionselement 150 ist Teil des Messkopfes 120. Der Messkopf 120 erfüllt für die Messvorrichtung 110 gemäß 6 die gleiche Funktion wie der Messkopf 20 für die Messvorrichtung 10 gemäß 1. 5 shows a further embodiment of the invention 130 a radiation module for a in 6 Measuring device shown in plan view 110 for measuring a change in position. The measuring device 110 includes a measuring head 120 as well as the radiation module 130 , The radiation module 130 is a back-reflection element 150 assigned in the form of a deflection prism. The back-reflection element 150 is part of the measuring head 120 , The measuring head 120 fulfilled for the measuring device 110 according to 6 the same function as the measuring head 20 for the measuring device 10 according to 1 ,

Der Messkopf 120 umfasst dazu ebenfalls eine Strahlerzeugungseinrichtung 12 zur Erzeugung von Messlicht 14 sowie einen Detektor 18. Wie in 5 und 6 veranschaulicht, weist das Anstrahlmodul 130 einen ersten Teilkörper 132 sowie einen zweiten Teilkörper 134 auf. Der erste Teilkörper 132 umfasst einen Grundkörper 146, welcher wie der erste Teilkörper 32 gemäß 1 als Prisma mit einer Grundfläche in Gestalt eines rechtwinkligen Dreiecks gestaltet ist. Eine erste kathetenseitige Fläche des dreieckförmigen Prismas dient als Einstrahlfläche 135, während sich an die zweite kathetenseitige Fläche ein Reflexionsteil 148 in Gestalt eines trapezförmigen Körpers anschließt. Das Reflexionsteil 148 kann einteilig mit dem Grundkörper 146 ausgebildet sein oder als getrennter Körper am Grundkörper 146 befestigt sein.The measuring head 120 also includes a beam generating device 12 for generating measuring light 14 and a detector 18 , As in 5 and 6 illustrates, the radiation module 130 a first part body 132 and a second part body 134 on. The first part body 132 includes a main body 146 which is like the first part body 32 according to 1 as a prism with a base in the form of a right triangle is designed. A first catheter-side surface of the triangular prism serves as an irradiation surface 135 while at the second kathetenseitige surface a reflection part 148 in the form of a trapezoidal body connects. The reflection part 148 Can be integral with the main body 146 be formed or as a separate body on the body 146 be attached.

Analog zum Anstrahlmodul 30 gemäß 1 schließt sich an die hypotenusenseitige Seitenfläche des Grundkörpers 146 aus 6 der zweite Teilkörper 134 an, wobei zwischen dem ersten Teilkörper 132 und dem zweiten Teilkörper 134 eine strahlteilende Schicht 136 angeordnet ist. Der zweite Teilkörper 134 weist die Form eines Prismas mit einer Grundfläche in Gestalt eines rechtwinkligen Dreiecks auf, dessen hypotenusenseitige Fläche sich an die hypotenusenseitige Fläche des Grundkörpers 146 des ersten Teilkörpers 132 anschließt. Dabei ist die dreieckförmige Grundfläche des den zweiten Teilkörper bildenden Prismas gegenüber der dreieckförmigen Grundfläche des den Grundkörper 146 des ersten Teilkörpers 132 bildenden Prismas um 90° verdreht.Analogous to the spotlight module 30 according to 1 joins the hypotenus-side side surface of the main body 146 out 6 the second part body 134 at, wherein between the first part body 132 and the second part body 134 a beam splitting layer 136 is arranged. The second part body 134 has the shape of a prism with a base in the form of a right triangle, whose hypotenusenseitige surface is on the hypotenusenseitige surface of the body 146 of the first part body 132 followed. Here, the triangular base of the second part of the body forming prism with respect to the triangular base of the body 146 of the first part body 132 forming prism rotated by 90 °.

An den beiden kathetenseitigen Seitenflächen des den zweiten Teilkörper bildenden dreieckförmigen Prismas sind optische Beugungsgitter 140a bzw. 140b angeordnet. Die optischen Beugungsgitter 140a und 140b sind damit zueinander verkippt angeordnet, wobei der Kippwinkel im vorliegenden Fall 90° beträgt. Im Messbetrieb tritt der vom Messkopf 120 erzeugte Messstrahl 22 an der Einstrahlfläche 135 in den ersten Teilkörper 132 ein, welcher aus einem für das Messlicht 14 transparenten Material, insbesondere Glas, gefertigt ist und trifft daraufhin auf die als strahlteilende Fläche 138 dienende strahlteilende Schicht 136.At the two kathetenseitigen side surfaces of the second part of the body forming triangular prism are optical diffraction gratings 140a respectively. 140b arranged. The optical diffraction gratings 140a and 140b are thus tilted to each other, wherein the tilt angle in the present case is 90 °. In measuring mode, the sensor comes from the measuring head 120 generated measuring beam 22 at the Einstrahlfläche 135 in the first part of the body 132 a, which from one for the measuring light 14 transparent material, in particular glass, is made and then meets the beam-splitting surface 138 serving beam-splitting layer 136 ,

Wie im Anstrahlmodul 30 gemäß 1 durchläuft ein parallel zur Zeichenebene polarisierter Anteil des Messstrahls 22 in Gestalt eines ersten Teilstrahls 24 die strahlteilende Schicht 36. Daraufhin trifft der erste Teilstrahl 24 auf das erste optische Beugungsgitter 140a. Das erste optische Beugungsgitter 140a ist derart konfiguriert, dass der erste Teilstrahl 24 nach oben, d. h. in z-Richtung, umgelenkt wird, so dass er auf das zweite optische Beugungsgitter 140b trifft. Am zweiten optischen Beugungsgitter 140b wird der erste Teilstrahl abermals umgelenkt und zwar so, dass der resultierende Teilstrahl 24r gegenüber dem eingehenden Messstrahl 22 eine entgegengesetzte Orientierung aufweist, jedoch gegenüber diesem in z-Richtung versetzt verläuft.As in the spotlight module 30 according to 1 passes through a parallel to the plane polarized portion of the measuring beam 22 in the form of a first partial beam 24 the beam splitting layer 36 , Then the first partial beam hits 24 on the first optical diffraction grating 140a , The first optical diffraction grating 140a is configured such that the first sub-beam 24 is deflected upward, ie in the z-direction, so that it is incident on the second optical diffraction grating 140b meets. At the second optical diffraction grating 140b the first partial beam is deflected again in such a way that the resulting partial beam 24r opposite the incoming measuring beam 22 has an opposite orientation, but offset relative to this in the z-direction.

Der an der strahlteilenden Schicht 136 reflektierte Anteil des eingehenden Messstrahls 22 enthält senkrecht zur Zeichenebene polarisiertes Licht und läuft als zweiter Teilstrahl 26 senkrecht zur Einstrahlrichtung der Messstrahlung 22 auf das Reflexionsteil 148 zu. Das Reflexionsteil 148 weist die Gestalt eines Prismas auf, dessen Grundfläche durch ein gleichschenkliges Trapez gebildet wird. Die schenkelseitigen Seitenflächen dieses Prismas sind jeweils als Reflexionsflächen 144a und 144b durch Beschichtung mit einer Reflexionsbeschichtung 142 ausgebildet. Der zweite Teilstrahl 26 trifft zunächst auf die erste Reflexionsfläche 144a, wird von dieser senkrecht nach oben, d. h. in z-Richtung, abgelenkt und daraufhin von der zweiten Reflexionsfläche 144b in Gestalt eines reflektierten zweiten Teilstrahls 26r auf die strahlteilende Fläche 138 zurückreflektiert.The at the beam splitting layer 136 reflected portion of the incoming measuring beam 22 contains polarized light perpendicular to the plane and runs as a second partial beam 26 perpendicular to the irradiation direction of the measuring radiation 22 on the reflection part 148 to. The reflection part 148 has the shape of a prism whose base is formed by an isosceles trapezoid. The leg-side side surfaces of this prism are each as reflection surfaces 144a and 144b by coating with a reflective coating 142 educated. The second partial beam 26 first meets the first reflection surface 144a , is deflected by this vertically upwards, ie in the z-direction, and then from the second reflection surface 144b in the form of a reflected second partial beam 26r on the beam splitting surface 138 reflected back.

Der reflektierte zweite Teilstrahl 26r wird daraufhin an der strahlteilenden Schicht 136 reflektiert und bildet zusammen mit dem zurück geworfenen ersten Teilstrahl 24r einen mit dem Bezugszeichen 122z bezeichneten Messstrahl im Zwischenzustand. Der Messstrahl 122z verläuft entgegengesetzt zum eingehenden Messstrahl 22, ist jedoch gegenüber diesem in z-Richtung versetzt. Das bereits erwähnte Rückreflexionselement 150 des Messkopfes 120 ist so angeordnet, dass der Messstrahl 122z in seiner Strahlrichtung umgekehrt wird und in y-Richtung versetzt wieder an der Einstrahlfläche 135 in den ersten Teilkörper 132 eintritt. Aufgrund der Versetzung in y-Richtung trifft der Messstrahl 122z im Vergleich zum Messstrahl 22 erst an einem weiter hinten liegenden Punkt auf die strahlteilende Schicht 136 auf. Hier erfolgt abermals eine Strahlaufspaltung, und zwar in einen ersten Teilstrahl 124 und einen zweiten Teilstrahl 126. Der erste Teilstrahl 124 wird durch den die strahlteilende Schicht 136 durchlaufenden Anteil gebildet, ist parallel zur Zeichenebene polarisiert und wird an den optischen Beugungsgittern 140b und 140a reflektiert.The reflected second partial beam 26r is then at the beam splitting layer 136 reflected and forms together with the thrown back first part of the beam 24r one with the reference numeral 122z designated measuring beam in the intermediate state. The measuring beam 122z runs opposite to the incoming measuring beam 22 , but is offset from it in the z-direction. The already mentioned back-reflection element 150 of the measuring head 120 is arranged so that the measuring beam 122z is reversed in its beam direction and offset in the y-direction again at the Einstrahlfläche 135 in the first part of the body 132 entry. Due to the displacement in the y direction of the measuring beam hits 122z in comparison to the measuring beam 22 only at a later point on the beam splitting layer 136 on. Here again a beam splitting, in a first partial beam 124 and a second sub-beam 126 , The first partial beam 124 is through the beam splitting layer 136 continuous portion is polarized parallel to the plane of the drawing and is at the optical diffraction gratings 140b and 140a reflected.

Der aus der Reflexion an den beiden Beugungsgittern 140a, 140b resultierende Strahl 124r ist gegenüber dem Messstrahl 122z in z-Richtung nach unten versetzt und weist eine entgegengesetzte Strahlrichtung auf. Der zweite Teilstrahl 126 wird an den Reflexionsflächen 144b und 144a reflektiert und trifft als reflektierter zweiter Teilstrahl 126r wieder auf die strahlteilende Schicht 136, an der dieser dann abermals reflektiert wird. Nach der Reflexion bildet der Teilstrahl 126r zusammen mit dem ersten Teilstrahl 124r einen zurücklaufenden Messstrahl 22r. Der zurücklaufende Messstrahl 22r weist gegenüber dem eingehenden Messstrahl 22 eine entgegengesetzte Orientierung auf und ist zu diesem in y-Richtung versetzt.The one from the reflection at the two diffraction gratings 140a . 140b resulting beam 124r is opposite the measuring beam 122z offset in the z direction down and has an opposite beam direction. The second partial beam 126 becomes at the reflection surfaces 144b and 144a reflects and hits as a reflected second sub-beam 126r back to the beam splitting layer 136 , where it is then reflected again. After reflection, the partial beam forms 126r together with the first partial beam 124r a returning measuring beam 22r , The returning measuring beam 22r points opposite to the incoming measuring beam 22 an opposite orientation and is offset to this in the y-direction.

Nach Eintritt des zurücklaufenden Messstrahls 22r in den Messkopf erfolgt analog zur Ausführungsform gemäß 1 eine Intensitätsmessung im Detektor 18. Wie bereits in Bezug auf die Ausführungsform in den 2 bis 4 erklärt, ermöglicht eine Auswertung des Messsignals die Ermittlung einer Positionsänderung des Anstrahlmoduls 130 in y-Richtung, d. h. in einer Richtung quer zur Einstrahlrichtung des Messstrahls 22.After the return of the measuring beam 22r into the measuring head takes place analogously to the embodiment according to FIG 1 an intensity measurement in the detector 18 , As already in relation to the embodiment in the 2 to 4 explained, an evaluation of the measurement signal allows the determination a change in position of the radiation module 130 in the y-direction, ie in a direction transverse to the direction of irradiation of the measuring beam 22 ,

Die 7 und 8 zeigen das Anstrahlmodul 130 aus den 5 und 6 in unterschiedlichen Blickrichtungen zusammen mit einer weiteren Ausführungsform 250 des Rückreflexionselements. Das Rückreflexionselement 250 ist dazu konfiguriert, den Messstrahl 122z derart auf das Anstrahlmodul 130 zurück zu reflektieren, dass dieser neben einer Verschiebung in y-Richtung auch eine Verschiebung in z-Richtung erfährt. Dazu weist das Rückreflexionselement 250 zwei Umlenkprismen 242 und 246 auf, zwischen denen ein Strahlverschiebeprisma 244 in Gestalt eines schiefen Prismas mit einer rechteckigen Grundfläche angeordnet ist. Wie aus dem in den 7 und 8 gezeigten Messstrahlengang ersichtlich, treffen bei Verwendung des Rückreflexionselements 250 die jeweils ersten Teilstrahlen 24 und 124 bei dem ersten bzw. dem zweiten Durchlauf der Messstrahlung durch das Anstrahlmodul 130 jeweils unter dem gleichen Winkel auf die jeweiligen optischen Beugungsgitter 140a und 140b auf. Damit ist es möglich, den Reflexionsgrad der Beugungsgitter 140a und 140b auf eine einzige Einfallsrichtung, nämlich die Einfallsrichtung der Strahlen 24 und 124 zu optimieren. Durch diese Optimierung kann beispielsweise ein Reflexionsgrad von 80% erreicht werden. Auf eine Einfallsrichtung optimierte Beugungsgitter sind als Blaze-Gitter oder Echellegitter bekannt. Durch diese Optimierung weisen diese Gitter nur in einer Einfallsrichtung und Wellenlänge einen hohen Reflexionsgrad auf.The 7 and 8th show the radiation module 130 from the 5 and 6 in different directions together with another embodiment 250 the return reflection element. The back-reflection element 250 is configured to measure the measuring beam 122z such on the radiation module 130 to reflect back that this in addition to a shift in the y direction also undergoes a shift in the z direction. For this purpose, the back-reflection element 250 two deflecting prisms 242 and 246 on, between which a beam-shifting prism 244 is arranged in the form of an oblique prism with a rectangular base. As from the in the 7 and 8th shown measuring beam path, meet when using the back-reflection element 250 the first partial beams 24 and 124 at the first and the second pass of the measuring radiation through the radiation module 130 each at the same angle to the respective optical diffraction grating 140a and 140b on. This makes it possible to change the reflectance of the diffraction gratings 140a and 140b to a single direction of incidence, namely the direction of incidence of the rays 24 and 124 to optimize. Through this optimization, for example, a reflectance of 80% can be achieved. Diffraction gratings optimized for an incident direction are known as blazed gratings or echelle gratings. As a result of this optimization, these gratings have a high degree of reflection only in one direction of incidence and wavelength.

9 zeigt eine weitere Ausführungsform 330 eines Anstrahlmoduls nach der Erfindung. Diese Ausführungsform ist dazu konfiguriert, die Messung einer Positionsänderung des Anstrahlmoduls 330 in zwei Raumrichtungen, und zwar sowohl in x-, als auch in y-Richtung gemäß dem Koordinatensystem aus 9 zu messen. Dazu ist das Anstrahlmodul 330 dazu konfiguriert, neben der Rückreflexion des in x-Richtung eingehenden Messstrahls 22 einen weiteren Messstrahl 322, welcher in y-Richtung eingeht, zurück zu reflektieren. Dazu weist das Anstrahlmodul 330 gegenüber dem Anstrahlmodul 130 gemäß 7 ein weiteres Reflexionsteil 348 in Gestalt eines Prismas mit einer Grundfläche in Gestalt eines rechtwinkligen Dreiecks auf. Das Reflexionsteil 348 ist an der Einstrahlfläche 135 des Anstrahlmoduls 130 angeordnet. 9 shows a further embodiment 330 a radiation module according to the invention. This embodiment is configured to measure a position change of the irradiation module 330 in two spatial directions, in both the x and y directions according to the coordinate system 9 to eat. This is the radiation module 330 configured next to the back reflection of the incoming x-direction measurement beam 22 another measuring beam 322 , which enters in the y-direction, to reflect back. For this purpose, the radiation module 330 opposite the radiation module 130 according to 7 another reflection part 348 in the form of a prism with a base in the shape of a right triangle. The reflection part 348 is at the Einstrahlfläche 135 of the radiation module 130 arranged.

Die kathetenseitigen Seitenflächen des Reflexionsteils 348 bilden Reflexionsflächen 344a und 344b zur Rückreflexion entsprechender Teilstrahlen des Messstrahls 322 im Anstrahlmodul 330. Das Anstrahlmodul 330 wird mit zwei Messköpfen betrieben, die jeweils analog zum in 6 gezeigten Messkopf 120 ausgebildet sind. Ein erster Messkopf umfasst ein Rückreflexionselement 250, welches dem Rückreflexionselement aus 7 entspricht, und ist bezüglich Abstrahl- und Erfassungsrichtung in x-Richtung ausgerichtet. Der zweite Messkopf umfasst ein dem Element 250 ähnliches Rückreflexionselement 350 und ist in y-Richtung ausgerichtet. Das heißt, der zweite Messkopf strahlt den Messstrahl 322 in y-Richtung ab und ist dazu konfiguriert, einen in Gegenrichtung zurück laufenden Messstrahl 322r zu detektieren.The catheter-side side surfaces of the reflection part 348 form reflection surfaces 344a and 344b for the return reflection of corresponding partial beams of the measuring beam 322 in the spotlight module 330 , The radiation module 330 is operated with two measuring heads, each analogous to the one in 6 shown measuring head 120 are formed. A first measuring head comprises a back-reflection element 250 , which is the back reflection element 7 corresponds, and is aligned in the x-direction with respect to emission and detection direction. The second measuring head comprises an element 250 similar back-reflection element 350 and is aligned in the y direction. That is, the second measuring head radiates the measuring beam 322 in the y direction and is configured to have a measuring beam running back in the opposite direction 322R to detect.

Die 10 und 11 zeigen Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 in der Mikrolithographie und zwar einmal in einer Maskeninspektionseinrichtung 500 zur Inspektion einer Lithographie-Maske 510 und weiterhin in einer Projektionsbelichtungsanlage 550 für die Mikrolithographie. Die in den 10 und 11 eingezeichneten Messvorrichtungen 10 mit den Messköpfen 20 sowie den Anstrahlmodulen 30 dienen lediglich der exemplarischen Darstellung. Wie für den Fachmann leicht erkennbar, können alle in den 1 bis 9 gezeigten Ausführungsformen von Messköpfen und Anstrahlmodulen in der Maskeninspektionseinrichtung 500 bzw. der Projektionsbelichtungsanlage 550 zum Einsatz kommen. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 kann auch in einer Positionsermittlungseinrichtung in Gestalt eine sogenannten „Registration-Messeinrichtung” zum Einsatz kommen. Eine derartige Positionsermittlungseinrichtung ermittelt die genaue Positionierung von Lithographiestrukturen auf der Lithographie-Maske 510 in Bezug auf Sollpositionierungen. Der grundsätzliche Aufbau einer derartigen Positionsermittlungseinrichtung entspricht dem Aufbau der in 10 gezeigten Maskeninspektionseinrichtung 500.The 10 and 11 show applications of the measuring device according to the invention 10 in microlithography once in a mask inspection device 500 for inspection of a lithography mask 510 and further in a projection exposure machine 550 for microlithography. The in the 10 and 11 drawn measuring devices 10 with the measuring heads 20 and the radiation modules 30 serve only the exemplary representation. As will be readily apparent to one skilled in the art, all in the 1 to 9 shown embodiments of measuring heads and radiation modules in the mask inspection device 500 or the projection exposure system 550 be used. The measuring device according to the invention 10 can also be used in a position detection device in the form of a so-called "registration measuring device". Such a position detection device determines the exact positioning of lithographic structures on the lithography mask 510 in relation to target positions. The basic structure of such a position detecting device corresponds to the structure of in 10 shown mask inspection device 500 ,

Wie bereits vorstehend erwähnt, zeigt 10 eine Maskeninspektionseinrichtung 500 zur Inspektion einer Lithographie-Maske 510. Eine derartige Maskeninspektionseinrichtung 500 dient dazu, das Luftbild der Lithographie-Maske 510 außerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage zu vermessen, um Schreibfehler der Maske zu erkennen. Die Maskeninspektionseinrichtung 510 umfasst eine Inspektionslichtquelle 516 zur Erzeugung einer Inspektionsstrahlung 518. Die Wellenlänge der Inspektionsstrahlung 518 entspricht derjenigen Wellenlänge, für welche die Lithographie-Maske 510 zum Einsatz in einer Projektionsbelichtungsanlage konfiguriert ist. So kann die Wellenlänge der Inspektionsstrahlung 518 im DUV-Wellenlängenbereich, z. B. bei 248 nm oder 193 nm, oder auch im EUV-Wellenlängenbereich liegen. Die Inspektionsstrahlung 518 wird mittels eines Beleuchtungssystems 520 auf die Lithographie-Maske 510 eingestrahlt. Die Lithographie-Maske 510 wird daraufhin mittels einer Abbildungsoptik 522 auf einen Detektor 524 abgebildet. Dabei wird die Lithographie-Maske 510 von einem Maskenhalter in Gestalt eines Maskentisches 512 gehalten.As already mentioned above, shows 10 a mask inspection device 500 for inspection of a lithography mask 510 , Such a mask inspection device 500 serves to create the aerial view of the lithography mask 510 outside a projection exposure apparatus to detect writing errors of the mask. The mask inspection device 510 includes an inspection light source 516 for generating an inspection radiation 518 , The wavelength of the inspection radiation 518 corresponds to the wavelength for which the lithography mask 510 is configured for use in a projection exposure machine. So can the wavelength of the inspection radiation 518 in the DUV wavelength range, z. B. at 248 nm or 193 nm, or in the EUV wavelength range. The inspection radiation 518 is by means of a lighting system 520 on the lithography mask 510 irradiated. The lithography mask 510 is then by means of an imaging optics 522 on a detector 524 displayed. This is the lithography mask 510 from a mask holder in the form of a mask table 512 held.

Der Maskentisch 512 wird während der Inspektion schrittweise quer zur optischen Achse der Abbildungsoptik 522 gegenüber einem Rahmen 514 der Maskeninspektionseinrichtung 500 verschoben. Zur genauen Messung des zeitlichen Verlaufs der Position des Maskentisches 512 gegenüber dem Rahmen 514 dient die Messvorrichtung 10. Deren Messkopf 20 ist am Rahmen 514 befestigt, während das Anstrahlmodul 30 am Maskentisch 512 angeordnet ist. Die Kantenlänge der hypotenusenseitigen Fläche des ersten Teilkörpers 32 des Anstrahlmoduls 30 ist an den Verschiebungshub des Maskentisches 512 angepasst und weist beispielsweise eine Länge von 15 cm auf. The mask table 512 during the inspection stepwise across the optical axis of the imaging optics 522 opposite a frame 514 the mask inspection device 500 postponed. For accurate measurement of the time course of the position of the mask table 512 opposite the frame 514 serves the measuring device 10 , Their measuring head 20 is at the frame 514 attached while the spotlight module 30 at the mask table 512 is arranged. The edge length of the hypotenuse-side surface of the first part body 32 of the radiation module 30 is at the shift stroke of the mask table 512 adapted and has for example a length of 15 cm.

Wie ebenfalls bereits vorstehend erwähnt, zeigt 11 eine Projektionsbelichtungsanlage 550 für die Mikrolithographie. Diese dient dazu, Maskenstrukturen einer Lithographiemaske 510 auf ein Substrat 564 in Gestalt eines Wafers abzubilden. Dazu umfasst die Projektionsbelichtungsanlage 550 eine Belichtungsstrahlungsquelle 570 zur Erzeugung von Belichtungsstrahlung 572, beispielsweise im DUV- oder im EUV-Wellenlängenbereich. Die Abbildung auf das Substrat 564 erfolgt mittels eines Projektionsobjektivs 576. Während eines Abbildungsvorganges wird die Lithographie-Maske 510 mittels einer Haltevorrichtung in Gestalt eines Maskentisches 562 und das Substrat 564 mittels eines weiteren Haltevorrichtung in Gestalt eines Substrattisches 566 zueinander gegenläufig und jeweils quer zur optischen Achse des Projektionsobjektivs 576 verschoben. Die genaue Bewegung des Maskentisches 562 sowie des Substrattisches 566 wird mit jeweils einer Messvorrichtung 10 überwacht. Dazu ist jeweils ein Anstrahlmodul 30 am Maskentisch 562 und am Substrattisch 566 angeordnet. Die Anstrahlmodule 30 werden von einem jeweiligen, am Rahmen 568 der Projektionsbelichtungsanlage 550 angeordneten Messkopf 20 angestrahlt.As also mentioned above, shows 11 a projection exposure machine 550 for microlithography. This serves to mask structures of a lithography mask 510 on a substrate 564 in the form of a wafer. This includes the projection exposure system 550 an exposure radiation source 570 for generating exposure radiation 572 , for example in the DUV or in the EUV wavelength range. The picture on the substrate 564 takes place by means of a projection lens 576 , During an imaging process, the lithography mask becomes 510 by means of a holding device in the form of a mask table 562 and the substrate 564 by means of a further holding device in the form of a substrate table 566 opposite to each other and each transverse to the optical axis of the projection lens 576 postponed. The exact movement of the mask table 562 and the substrate table 566 each with a measuring device 10 supervised. This is in each case a radiation module 30 at the mask table 562 and at the substrate table 566 arranged. The spotlight modules 30 be of a particular, on the frame 568 the projection exposure system 550 arranged measuring head 20 illuminated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Messvorrichtungmeasuring device
1212: StrahlerzeugungseinrichtungBeam forming means
1414: Messlichtmeasuring light
1616: Strahlteilerbeamsplitter
1818: Detektordetector
2020: Messkopfprobe
2222: eingehender Messstrahlincoming measuring beam
22r22r: zurücklaufender Messstrahlreturning measuring beam
22s22s: senkrecht polarisierter Anteilvertically polarized portion
22t22t: parallel polarisierter Anteilparallel polarized portion
2424: erster Teilstrahlfirst partial beam
24r24r: zurück reflektierter erster Teilstrahlback reflected first partial beam
2626: zweiter Teilstrahlsecond partial beam
26r26r: reflektierter zweiter Teilstrahlreflected second sub-beam
3030: AnstrahlmodulAnstrahlmodul
3232: erster Teilkörperfirst part body
3434: zweiter Teilkörpersecond part body
3535: Einstrahlflächeirradiation surface
3636: strahlteilende Schichtbeam splitting layer
3838: strahlteilende Flächebeam splitting surface
4040: optisches Beugungsgitteroptical diffraction grating
4242: Reflexionsbeschichtungreflective coating
4444: Reflexionsflächereflecting surface
110110: Messvorrichtungmeasuring device
120120: Messkopfprobe
122z122z: Messstrahl im ZwischenzustandMeasuring beam in the intermediate state
124124: erster Teilstrahlfirst partial beam
124r124r: zurück reflektierter erster Teilstrahlback reflected first partial beam
126126: zweiter Teilstrahlsecond partial beam
126r126r: reflektierter zweiter Teilstrahlreflected second sub-beam
130130: AnstrahlmodulAnstrahlmodul
132132: erster Teilkörperfirst part body
134134: zweiter Teilkörpersecond part body
135135: Einstrahlflächeirradiation surface
136136: strahlteilende Schichtbeam splitting layer
138138: strahlteilende Flächebeam splitting surface
140a140a: erstes optisches Beugungsgitterfirst optical diffraction grating
140b140b: zweites optisches Beugungsgittersecond optical diffraction grating
142142: Reflexionsbeschichtungreflective coating
144a144a: erste Reflexionsflächefirst reflection surface
144b144b: zweite Reflexionsflächesecond reflection surface
146146: Grundkörperbody
148148: Reflexionsteilreflecting member
150150: RückreflexionselementBack reflection element
242242: erstes Umlenkprismafirst deflecting prism
244244: StrahlverschiebeprismaBeam shifting prism
246246: zweites Umlenkprismasecond deflecting prism
250250: RückreflexionselementBack reflection element
322322: eingehender Messstrahlincoming measuring beam
322r322R: zurücklaufender Messstrahlreturning measuring beam
330330: AnstrahlmodulAnstrahlmodul
344a344a: erste Reflexionsflächefirst reflection surface
344b344b: zweite Reflexionsflächesecond reflection surface
348348: Reflexionsteilreflecting member
350350: RückreflexionselementBack reflection element
500500: MaskeninspektionseinrichtungMask inspection device
510510: Lithographie-MaskeLithography mask
512512: Maskentischmask table
514514: Rahmenframe
516516: InspektionslichtquelleInspection light source
518518: Inspektionsstrahlunginspection radiation
520520: Beleuchtungssystemlighting system
522522: Abbildungsoptikimaging optics
524524: Detektordetector
550550: Projektionsbelichtungsanlage für die MikrolithographieProjection exposure machine for microlithography
562562: Maskentischmask table
564564: Substratsubstratum
566566: Substrattischsubstrate table
568568: Rahmenframe
570570: BelichtungsstrahlungsquelleExposure radiation source
572572: Belichtungsstrahlungradiation exposure
574574: Beleuchtungssystemlighting system
576576: Projektionsobjektivprojection lens
612612: Laserlaser
616616: polarisierender Strahlteilerpolarizing beam splitter
618618: Reflexionsprismareflection prism
620620: Reflexionsprismareflection prism
622622: Strahlteilerbeamsplitter

Claims

Measuring device ( 10 ; 110 ) for measuring a change in position of a measurement object ( 512 ; 562 ; 566 ) with respect to a reference object ( 514 ; 568 ) with a radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ), which is light-conducting, designed as a coherent body and arranged in the interior of the radiation module beam splitting surface ( 38 ; 138 ) for splitting an incoming measuring beam ( 22 ; 322 ) into two partial beams ( 24 . 26 ; 124 ; 126 ), an optical diffraction grating ( 40 ; 140a ; 140b ) to interact with a first ( 24 ; 124 ) of the two partial beams, as well as a reflection surface ( 44 ; 144a . 144b ) for reflection of the second partial beam ( 26 ; 126 ), wherein the measuring device further comprises a beam generating device ( 12 ) for generating the measuring beam ( 22 ), wherein the beam generating device ( 12 ) with respect to the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) is movably arranged such that the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) in at least one spatial direction transverse to the measuring beam ( 22 ), and wherein the measuring device ( 10 ; 110 ) is configured to change the position of the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) in the at least one spatial direction with respect to the beam generating device.

Measuring device according to claim 1, which has a measuring head ( 20 . 120 ) having the beam generating device ( 12 ) as well as a detector ( 18 ), wherein the measuring device is configured to determine the change in position from a time profile of an intensity signal recorded by the detector.

Measuring device according to claim 1 or 2, which further comprises an irradiation surface ( 35 ; 135 ) for irradiating the measuring beam ( 22 ; 322 ), wherein the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) is configured in such a way that: when the measuring beam is irradiated at each suitable angle of incidence onto the irradiation surface, the reflected partial beams ( 24r . 26r ; 124r . 126r ) are superimposed on each other independently of the position of the measuring beam on the irradiation surface, - the optical path length of the first sub-beam ( 24 ; 124 ) between the beam splitting surface ( 38 ; 138 ) and the diffraction grating ( 40 ; 140a ; 140b ) is independent of the position of the measuring beam on the Einstrahlfläche; The optical path length of the second sub-beam ( 26 ; 126 ) between the beam-splitting surface and the reflection surface ( 44 ; 144a . 144b ) is dependent on the position of the measuring beam on the irradiation surface, and - the superimposed partial beams have a phase difference which is dependent on the position of the measuring beam on the irradiation surface.

Measuring device according to one of the preceding claims, which has a closed surface such that respective beam paths of the partial beams ( 24 . 26 ; 124 . 126 ) until a reassembly of the partial beams in the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) is completely enclosed by the surface of the radiation module.

Measuring device according to one of the preceding claims, which is designed to be fully voluminous, such that respective beam paths of the partial beams ( 24 . 26 ; 124 . 126 ) until a reassembly of the partial beams in the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) continuously in solid material.

Measuring device according to one of the preceding claims, which comprises two partial bodies ( 32 . 34 ; 132 . 134 ), which along the beam splitting surface ( 38 ; 138 ) are interconnected.

Measuring device according to claim 6, in which a 32 ; 132 ) of the two partial bodies in a longitudinal direction of the beam-splitting surface ( 38 ; 138 ) has a tapered shape.

Measuring device according to one of the preceding claims, which is configured as a retroreflector, such that measuring light irradiated onto the irradiation module in an irradiation direction (FIG. 22 ) after interaction with the radiation module, regardless of the exact orientation of the radiation module in a radiation direction opposite to the radiation direction ( 22r ) is radiated.

Measuring device according to one of the preceding claims, in which the optical diffraction grating ( 40 ; 140a . 140b ) is configured to the first sub-beam ( 24 . 124 ) in a direction deviating from a direction given by the law of reflection.

Measuring device according to one of the preceding claims, comprising two mutually tilted diffraction gratings ( 140a . 140b ) having.

Measuring device according to one of the preceding claims, which has two mutually tilted reflecting surfaces (FIG. 144a . 144b ) having.

Measuring device according to one of the preceding claims, comprising two pairs of reflecting surfaces (15 144a . 144b ; 344a . 344b ) having.

Measuring device according to one of the preceding claims, in which the beam generating device ( 12 ) is configured to use two measuring beams ( 22 ; 322 ) in different directions on the radiation module ( 330 ), and the irradiation module is configured to re-radiate the measuring beams in such a way that by measuring the reflected measuring beams ( 22r . 322R ) a change in position of the radiation module ( 330 ) is determinable in two spatial directions.

Measuring device according to one of the preceding claims, which further comprises a back-reflection element ( 150 ; 250 ; 350 ), which is configured to receive a signal from the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) emerging beam ( 122z ) to reflect back to the radiation module, such that the back-reflected beam is offset transversely to the beam direction with respect to the emerging from the radiation module beam.

Measuring device according to one of the preceding claims, in which the radiation module ( 130 ; 330 ) is configured to control the sub-beams ( 124r . 126r ) after interaction with the optical diffraction grating ( 140a . 140b ) or the reflection surface ( 144a . 144b ) so that the merged beam ( 122z ) with respect to the measuring beam ( 22 ) is offset in a first direction, and the measuring device further comprises a back-reflection element ( 150 ; 250 ; 350 ) configured to displace the merged beam by back reflection in a direction having at least one orthogonal component to the first direction.

Measuring device according to Claim 15, in which the back-reflection element ( 250 ; 350 ) is configured to control the merged beam ( 122z ) by the back reflection continues to be parallel to the first direction.

Mask inspection device ( 500 ) for inspection of a lithography mask ( 510 ) with a measuring device ( 10 ; 110 ) according to any one of the preceding claims.

A mask inspection device according to claim 17, which comprises a mask holder ( 512 ) facing a reference frame ( 514 ) is slidably mounted, and the measuring device ( 10 ; 110 ) for measuring a change in position of the mask holder ( 512 ) is configured with respect to the reference frame.

Position determining device for determining a positioning of structures on a lithography mask ( 510 ) with a measuring device ( 10 ; 110 ) according to one of claims 1 to 16.

Projection exposure apparatus ( 550 ) for microlithography with a measuring device ( 10 ; 110 ) according to one of claims 1 to 16.

A projection exposure apparatus according to claim 20, which comprises a first holding device ( 562 ) for holding a lithography mask ( 510 ) and a second holding device ( 566 ) for holding a substrate to be structured ( 564 ), the holding devices each with respect to a reference frame ( 568 ) are slidably mounted, and the measuring device ( 10 ; 110 ) for measuring a change in position of one of the two holding devices ( 562 ; 566 ) in relation to the reference framework ( 568 ) is configured.

Mask inspection device ( 500 ) for inspection of a lithography mask ( 510 ) with a measuring device ( 10 ; 110 ), wherein the measuring device ( 10 ; 110 ) a radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ), which is light-conducting, is designed as a coherent body, and a beam-splitting surface arranged in the interior of the radiation module (US Pat. 38 ; 138 ) for splitting an incoming measuring beam ( 22 ; 322 ) into two partial beams ( 24 . 26 ; 124 ; 126 ), an optical diffraction grating ( 40 ; 140a ; 140b ) to interact with a first ( 24 ; 124 ) of the two partial beams, as well as a reflection surface ( 44 ; 144a . 144b ) for reflection of the second partial beam ( 26 ; 126 ), the measuring device ( 500 ) is configured to change a position of a measuring object ( 512 ; 562 ; 566 ) in at least one spatial direction with respect to a reference object ( 514 ; 568 ), and wherein the measuring device ( 500 ) further comprises a beam generating device ( 12 ) for generating the measuring beam ( 22 ), wherein the beam generating device ( 12 ) with respect to the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) is movably arranged.

Position determining device for determining a positioning of structures on a lithography mask ( 510 ) with a measuring device ( 10 ; 110 ), wherein the measuring device ( 10 ; 110 ) a radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ), which is light-conducting, is designed as a coherent body, and a beam-splitting surface arranged in the interior of the irradiation module (US Pat. 38 ; 138 ) for splitting an incoming measuring beam ( 22 ; 322 ) into two partial beams ( 24 . 26 ; 124 ; 126 ), an optical diffraction grating ( 40 ; 140a ; 140b ) to interact with a first ( 24 ; 124 ) of the two partial beams, as well as a reflection surface ( 44 ; 144a . 144b ) for reflection of the second partial beam ( 26 ; 126 ), the measuring device ( 500 ) is configured to change a position of a measuring object ( 512 ; 562 ; 566 ) in at least one spatial direction with respect to a reference object ( 514 ; 568 ), and wherein the measuring device ( 500 ) further comprises a beam generating device ( 12 ) for generating the measuring beam ( 22 ), wherein the beam generating device ( 12 ) with respect to the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) is movably arranged.

Projection exposure apparatus ( 550 ) for microlithography with a measuring device ( 10 ; 110 ), wherein the measuring device ( 10 ; 110 ) a radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ), which is light-conducting, is designed as a coherent body, and a beam-splitting surface arranged in the interior of the radiation module (US Pat. 38 ; 138 ) for splitting an incoming measuring beam ( 22 ; 322 ) into two partial beams ( 24 . 26 ; 124 ; 126 ), an optical diffraction grating ( 40 ; 140a ; 140b ) to interact with a first ( 24 ; 124 ) of the two partial beams, as well as a reflection surface ( 44 ; 144a . 144b ) for reflection of the second partial beam ( 26 ; 126 ), the measuring device ( 500 ) is configured to change a position of a measuring object ( 512 ; 562 ; 566 ) in at least one spatial direction with respect to a reference object ( 514 ; 568 ), and wherein the measuring device ( 500 ) further comprises a beam generating device ( 12 ) for generating the measuring beam ( 22 ), wherein the beam generating device ( 12 ) with respect to the radiation module ( 30 ; 130 ; 330 ) is movably arranged.